林 立

（东莞市建设工程检测中心，广东 东莞 523809）

0 引言

随着我国经济快速发展，各类高层建筑层出不穷，对于建筑基础承载力要求越来越高。因此，大直径高承载力灌注桩的应用愈发广泛。为了保障大直径灌注桩的承载力及其安全可靠性，静载试验被工程界公认为检测该桩最有效、最直接的试验方法。大吨位静载试验主要是通过受检桩桩顶在分级时间内逐级施加持续荷载，绘制时间、荷载、桩顶沉降量之间的曲线图，从而分析研究单桩竖向抗压承载力的标准值和极限值，为桩基验收和设计提供可靠数据。

1 试验特征

1.1 大吨位静载试验特点

检测数据真实、直观。仪器设备要求高。吊装复杂，安全性要求。支撑土承载力要求高，加固费用高。场地占用面积大，进退场难。

1.2 存在的问题

堆载进场的问题。待检桩周边土承载力问题。反力装置的选择及其强度、变形问题。堆载偏心及安全性问题。桩头防爆问题。

1.3 影响因素

桩周土压缩回弹性。检测设备间距。桩帽设计。恶劣天气。

2 工程实例

2.1 工程概况

东莞某小区 3# 高层住宅楼，桩基采用大直径（1 000～1 500 mm）人工挖孔桩，桩身混凝土为 C30 等级，待检桩25#（D=1 200 mm）单桩承载力特征值为10 000 kN，地质情况如下。

1）粉质黏土。可塑，约 0.8 m 厚，特征值 110 kPa。

2）粗砂。中密状，约 2.0 m 厚，特征值 370 kPa。

3）全风化花岗岩。极破碎，约 1.5 m 厚。

2.2 试验前的准备工作

1）收集项目勘察报告。了解场地地基分层类型、每层土的厚度及承载力特征值。

2）查阅基桩平面布置图及设计总说明。根据图纸确定待检桩的位置及承载力特征值的大小。

3）确定检测方案及签署桩位确认表。

4）查看场地条件、工程位置及周边交通情况，拟定检测顺序，修建运输通道，保障检测设备进退场。

2.3 检测承重平台设计

2.3.1 确定检测方法

经多年经验积累和技术、成本对比，大吨位静载检测试验主要采用压重平台堆载检测法，如图 1 所示。

图1 压重平台反力试验装置示意图

2.3.2 桩周土加固

1）当试验堆载不超过 1 500 t 且平台支墩下地基土为坚硬土层时，应对地基土承载力进行计算。如地基土经过压实（换填）处理后，能满足规范和试验要求的，可不用浇筑钢筋混凝土承压板。

2）当试验堆载超过 1 500 t 或平台支墩下地基土为软弱土层（如回填土、素填土或淤泥质土等）且无法单纯通过压实（换填）处理来确保堆载安全时，应对支墩下地基土压实（换填）处理后再加制钢筋混凝土承压板，承压板要配以足够的钢筋且厚度≥30 cm，如图 2 所示。

本试验基桩最大承载力为 2 000 kN，地基土承载力特征值为 110 kPa。经测算，宜采用钢筋混凝土承载板加固法才能满足试验要求。

2.3.3 主要仪器设备

静载测试仪、千斤顶、电动油泵、油路、分流器、位移传感器、压力传感器、钢梁、混凝土试块、基准梁/桩等，设备型号、规格和数量应依照建设相关方根据工程现场实际情况拟定的检测方案来确定。

图2 钢筋混凝土承载板构造图（单位：mm）

2.3.4 桩头处理与桩帽制作

要求委托方按照检测单位出具的桩帽图，负责桩头处理和桩帽制作，具体要求如图 3、图 4 所示。

1）混凝土灌注桩桩头不能有松散骨料、蜂窝或离析混凝土层，如有应立刻清理。

图3 小吨位静载试验桩帽设计图

图4 大吨位静载试验桩帽设计图（单位：mm）

2）做好桩头基层处理，掰直主筋，插入桩帽内，保证足够保护层厚度。如外露主筋长度不够时，应通过焊接加长筋的方式，保障桩与桩帽之间的整体稳定性。桩帽应设置钢筋网片 2～6 层，间距≤150 mm，要求厚度≥500 mm（大吨位≥1 000 mm），嵌入原桩身 200 mm 左右。

3）当桩帽以承压为主时，钢筋网格可按上图配置构造钢筋（为安全起见，承受 1 500 t 及以上的桩帽可采用配筋： 22@150双向筋）；当桩帽承受较大的弯矩时，应按计算确定承台的厚度和钢筋数量。

4）桩帽一般为方形 1.2D×1.2D，且≥800 mm× 800 mm，并考虑千斤顶的数量和安装要求。桩帽顶面应平整，确保多台作业千斤顶联动作业时呈水平状态，同时应对中桩帽中轴线与堆载平台重心重合。

2.3.5 主次梁选择及搭设

钢梁的选择与要求：压重平台反力装置的结构主要为钢梁，可分为主梁和次梁。钢梁横截面有如下几种型式（见图 5）：①工字形；②组合工字形；③箱形。通过结构设计软件计算和实际试验测量数据对比，堆载平台的主梁宜选用箱型截面更可靠；次梁宜选用工字形钢梁，其在安全性、经济性更突出。其工字型梁两侧可满焊加肋钢板，可有效防范次梁出现平面外失稳事故。因此，各检测单位开展大吨位静载试验前，应聘请设计院对压重反平台的主次梁的尺寸规格及其结构强度与变形进行验算复核。

图5 钢梁截面型式

当最大试验荷载为 1 000～1 500 t 时：主梁长度≥10 m，次梁长度≥10 m，堆载平台面积≥10 m×10 m。当最大试验荷载为 1 500～2 000 t 时：主梁长度≥10 m，次梁长度≥12 m，堆载平台面积≥10 m×12 m。

2.3.6 千斤顶的选择

大吨位静载检测试验选用的千斤顶型号、数量，应考量主梁的宽度和柱帽顶面面积。根据千斤顶允许出力荷载计算出合理台数。当多台千斤顶并联加载时，应满足如下要求。

1）同一试验选用的千斤顶型号、规格应统一。2）千斤顶、堆载平台和桩的中心轴线应重合。3）千斤顶出力荷载的 80 %，应大于最大试验荷载的 20 %［1］。

2.3.7 堆重搭设步骤及要求

1）安装堆载时应规范进行，宜在检测前一次均匀加足。当预制块配重堆放层数超过 5 层后，应根据具体工况考虑每 2 层向内缩进1块试块，外观呈现底部宽顶层窄的“金字塔”形状，使得平台重心向中心集中，且堆载高度不宜大于底部边长的 1.5 倍。

2）上下层配重堆载顺序可参考砌体结构施工要求，不能形成通缝，应相互搭接、错位安装，每一层配重应根据尺寸变换摆放方向，使得整个堆载平台相互咬合成整体受力系统。

3）在安全方面，应在吊装现场四周拉上警戒线、设置警戒标语或放置警示牌，严禁非专业人士进入。堆载吊装人员应带好安全帽、穿好反光衣和劳保防滑鞋，做好安全防护措施，避免出现安全事故。

2.3.8 检测仪器的安装要求

1）千斤顶的中心与被检桩中心必须保持在同一条轴线上。

2）受检桩、基准桩与支墩边的相关要求如表 1 所示。

表1 试桩、压重平台支墩和基准桩之间的中心距离

3）基准桩的设置。基准桩应没有被接触或遭到破损的危险，不受试桩及压重平台支墩周边土下沉的影响。基准梁的一端应固定在基准桩上，另一段应简支于基准桩上。

4）位移传感器的安装：在被检桩顶直径方向对称安装 4 个位移传感器。固定和支承位移传感器的夹具应紧密连接在基准桩上，基础梁的尺寸应满足规范要求，且不易受大风、震动或其他外界因素干扰而造成竖向位移变化［2］。

2.3.9 试验方法

依照规范相对稳定沉降标准，本试验采用慢速维持荷载法加卸载。

2.3.10 数据分析

1）本次试验检测数据如图 6 所示。

图6 静载试验检测数据图

2）根据行标规范中的规定确定特征值：对陡变型Q-s曲线，取陡降段的起始点对应的荷载值为承载力特征值［3］。

3）对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定：对直径＜800 mm 的桩，宜取s=40 mm 对应的荷载值；直径≥ 800 mm 的桩，可取s=0.05d（d为桩端直径）且s≤80 mm 对应的荷载值［4］。根据以上要求结合实例 25 # 桩桩长和Q-s曲线（见图 6）可知，该桩最大试验荷载作用下的沉降量＜60 mm，满足设计要求。

4）通过沉降监测，基准梁、基准桩等辅助设施的位移变化均在允许范围内，证明本次试验的搭设和地基土加固措施有效地保障了大吨位静载检测的成功。

3 结论

1）大吨位静载试验支墩下地基土承载力必须经过严格计算，如果通过地基加固措施无法保障支墩安全性时，应浇筑钢筋混凝土整体垫层。

2）多台千斤顶并联加载时，应对千斤顶规格、尺寸、型号按照规范要求进行选择，并保证千斤顶合力中心、桩中心与平台中心桩轴线重合。

3）堆载平台主梁宜采用箱形钢梁，次梁截面采用翼缘加固工字型钢梁，均应进行受力变形验算。

4）试验前一定要选定好检测规范，才能明确加载时间、分级荷载、稳定标准、终止加载条件、承载力确定标准。 Q